Rheological properties of oil-in-water emulsions prepared with oil and protein isolates from sesame (Sesamum Indicum)

In this study, food emulsions of oil in water from sesame (Sesamum indicum) protein isolates and their oil were formulated and standardised. The effect of the concentrations of sesame (Sesamum indicum) protein isolates and base oil and the speed of the emulsification process for the food emulsion stability was studied. The protein isolates were achieved from the defatted sesame flour (DSF), obtaining a percentage of 80% ± 0.05% of protein. Emulsions were formulated through a factorial design 23. The rheological behaviour of sesame (Sesamum indicum) protein isolates-stabilised emulsions and microstructural composition were investigated. Stable emulsions with suitable rheological properties and microstructure were formulated at a concentration of 10% sesame oil and different concentrations of protein isolates, between 1.5% and 2.5%, with the best droplet distribution characteristics being shown for the 2.5% sesame protein isolates. The emulsions showed a non-Newtonian fluid behaviour, adjusting the Sisko model.

The study of ligand binding specificities of the lipid binding proteins : recombinant human a-tocopherol transport protein (a-ttp), supernatant protein factor (spf) and S. cerevisiae Sec 14p for vitamin e (rrr-a-tocopherol) and other hydrophobic ligands.

One of the various functions of proteins in biological systems is the transport of small molecules, for this purpose proteins have naturally evolved special mechanisms to allow both ligand binding and its subsequent release to a target site; a process fundamental to many biological processes. Transport of Vitamin E (a-tocopherol), a lipid soluble antioxidant, to membranes helps in the protection of polyunsaturated fatty acids against peroxidative damage. In this research, the ligand binding characteristics of several members of the CRALTRIO family of lipid binding proteins was examined; the recombinant human a-Tocopherol Transfer Protein (a-TIP), Supernatant Protein Factor (SPF)ffocopherol Associated Protein (TAP), Cellular Retinaldehyde Binding Protein (CRALBP) and the phosphatidylinositol transfer protein from S. cerevisiae Sec 14p. Recombinant Sec 14p was expressed and purified from E. coli for comparison of tocopherol binding to the two other recombinant proteins postulated to traffic a-tocopherol. Competitive binding assays using [3H]-a-tocopherol and Lipidex-l000 resin allowed determination of the dissociation constants ~) of the CRAL-TRIO proteins for a-tocopherol and - 20 hydrophobic ligands for evaluation of the possible biological relevance of the binding interactions observed. The KIs (nM) for RRR-a-tocopherol are: a-TIP: 25.0, Sec 14p: 373, CRALBP: 528 and SPFffAP: 615. This indicates that all proteins recognize tocopherol but not with the same affinity. Sec 14p bound its native ligand PI with a KI of381 whereas SPFffAP bound PI (216) and y-tocopherol (268) similarly in contrast to the preferential binding ofRRR-a-tocopherol by a-TIP. Efforts to adequately represent biologically active SPFff AP involved investigation of tocopherol binding for several different recombinant proteins derived from different constructs and in the presence of different potential modulators (Ca+2, Mg+2, GTP and GDP); none of these conditions enhanced or inhibited a-tocopherol binding to SPF. This work suggests that only aTTP serves as the physiological mediator of a-tocopherol, yet structural homology between proteins allows common recognition of similar ligand features. In addition, several photo-affmity analogs of a-tocopherol were evaluated for their potential utility in further elucidation of a-TTP function or identification of novel tocopherol binding proteins.

Regulation of the memory T cell development and islet beta-cell survival by DAPK-related apoptosis-inducing protein kinase 2 (Drak2)

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète.

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Characterization of polycystin-1 in ADPKD pathogenetic mechanism : biogenesis and functional implications by genetic approaches in mouse

La polykystose rénale autosomique dominante (ADPKD) est une des maladies génétiques les plus communes. ADPKD se manifeste le plus souvent au stade adulte par la présence de kystes rénaux, et bien souvent de kystes hépatiques, avec une progression très variable. ADPKD mène à une insuffisance rénale: les seuls recours sont la dialyse puis la transplantation rénale. Les mutations dispersées sur les gènes PKD1 (majoritairement; la protéine polycystine-1, PC1) et PKD2 (la protéine polycystine-2, PC2) sont responsables de l’ADPKD. Le mécanisme pathogénétique de perte de fonction (LOF) et donc d’un effet récessif cellulaire est évoqué comme causatif de l’ADPKD. LOF est en effet supporté par les modèles murins d’inactivation de gènes PKD1/PKD2, qui développent de kystes, quoique in utéro et avec une rapidité impressionnante dans les reins mais pas dans le foie. Malgré de nombreuses études in vitro, le rôle de PC1/PC2 membranaire/ciliaire reste plutôt hypothétique et contexte-dépendant. Ces études ont associé PC1/PC2 à une panoplie de voies de signalisation et ont souligné une complexité structurelle et fonctionnelle exceptionnelle, dont l’implication a été testée notamment chez les modèles de LOF. Toutefois, les observations patho-cellulaires chez l’humain dont une expression soutenue, voire augmentée, de PKD1/PC1 et l’absence de phénotypes extrarénaux particuliers remet en question l’exclusivité du mécanisme de LOF. Il était donc primordial 1) d’éclaircir le mécanisme pathogénétique, 2) de générer des outils in vivo authentiques d’ADPKD en terme d’initiation et de progression de la maladie et 3) de mieux connaitre les fonctions des PC1/PC2 indispensables pour une translation clinique adéquate. Cette thèse aborde tous ces points. Tout d’abord, nous avons démontré qu’une augmentation de PKD1 endogène sauvage, tout comme chez l’humain, est pathogénétique en générant et caractérisant en détail un modèle murin transgénique de Pkd1 (Pkd1TAG). Ce modèle reproduit non seulement les caractéristiques humaines rénales, associées aux défauts du cil primaire, mais aussi extrarénales comme les kystes hépatiques. La sévérité du phénotype corrèle avec le niveau d’expression de Pkd1 ce qui supporte fortement un modèle de dosage. Dans un deuxième temps, nous avons démontré par les études de complémentations génétiques que ces deux organes reposent sur une balance du clivage GPS de Pc1, une modification post-traductionelle typique des aGPCR, et dont l’activité et l’abondance semblent strictement contrôlées. De plus, nous avons caractérisé extensivement la biogénèse de Pc1 et de ses dérivés in vivo générés suite au clivage GPS. Nous avons identifié une toute nouvelle forme et prédominante à la membrane, la forme Pc1deN, en plus de confirmer deux fragments N- et C-terminal de Pc1 (NTF et CTF, respectivement) qui eux s’associent de manière non-covalente. Nous avons démontré de façon importante que le trafic de Pc1deN i.e., une forme NTF détachée du CTF, est toutefois dépendant de l’intégrité du fragment CTF in vivo. Par la suite, nous avons généré un premier modèle humanisant une mutation PKD1 non-sens tronquée au niveau du domaine NTF(E3043X) en la reproduisant chez une souris transgénique (Pkd1extra). Structurellement, cette mutation, qui mimique la forme Pc1deN, s’est également avérée causative de PKD. Le modèle Pkd1extra a permis entre autre de postuler l’existence d’une cross-interaction entre différentes formes de Pc1. De plus, nos deux modèles murins sont tous les deux associés à des niveaux altérés de c-Myc et Pc2, et soutiennent une implication réelle de ces derniers dans l’ADPKD tou comme une interaction fonctionnelle entre les polycystines. Finalement, nous avons démontré un chevauchement significatif entre l’ADPKD et le dommage rénal aigüe (ischémie/AKI) dont une expression augmentée de Pc1 et Pc2 mais aussi une stimulation de plusieurs facteurs cystogéniques tel que la tubérine, la β-caténine et l’oncogène c-Myc. Nos études ont donc apporté des évidences cruciales sur la contribution du gène dosage dans l’ADPKD. Nous avons développé deux modèles murins qui serviront d’outil pour l’analyse de la pathologie humaine ainsi que pour la validation préclinique ADPKD. L’identification d’une nouvelle forme de Pc1 ajoute un niveau de complexité supplémentaire expliquant en partie une capacité de régulation de plusieurs voies de signalisation par Pc1. Nos résultats nous amènent à proposer de nouvelles approches thérapeutiques: d’une part, le ciblage de CTF i.e., de style chaperonne, et d’autre part le ciblage de modulateurs intracellulaires (c-Myc, Pc2, Hif1α). Ensemble, nos travaux sont d’une importance primordiale du point de vue informatif et pratique pour un avancement vers une thérapie contre l’ADPKD. Le partage de voies communes entre AKI et ADPKD ouvre la voie aux approches thérapeutiques parallèles pour un traitement assurément beaucoup plus rapide.

Molecular computations for reactions and phase transitions: applications to protein stabilization, hydrates and catalysis

In this work we have made significant contributions in three different areas of interest: therapeutic protein stabilization, thermodynamics of natural gas clathrate-hydrates, and zeolite catalysis. In all three fields, using our various computational techniques, we have been able to elucidate phenomena that are difficult or impossible to explain experimentally. More specifically, in mixed solvent systems for proteins we developed a statistical-mechanical method to model the thermodynamic effects of additives in molecular-level detail. It was the first method demonstrated to have truly predictive (no adjustable parameters) capability for real protein systems. We also describe a novel mechanism that slows protein association reactions, called the “gap effect.” We developed a comprehensive picture of methioine oxidation by hydrogen peroxide that allows for accurate prediction of protein oxidation and provides a rationale for developing strategies to control oxidation. The method of solvent accessible area (SAA) was shown not to correlate well with oxidation rates. A new property, averaged two-shell water coordination number (2SWCN) was identified and shown to correlate well with oxidation rates. Reference parameters for the van der Waals Platteeuw model of clathrate-hydrates were found for structure I and structure II. These reference parameters are independent of the potential form (unlike the commonly used parameters) and have been validated by calculating phase behavior and structural transitions for mixed hydrate systems. These calculations are validated with experimental data for both structures and for systems that undergo transitions from one structure to another. This is the first method of calculating hydrate thermodynamics to demonstrate predictive capability for phase equilibria, structural changes, and occupancy in pure and mixed hydrate systems. We have computed a new mechanism for the methanol coupling reaction to form ethanol and water in the zeolite chabazite. The mechanism at 400°C proceeds via stable intermediates of water, methane, and protonated formaldehyde.

Hepatitis C virus NS5A protein binds the SH3 domain of the Fyn tyrosine kinase with high affinity: mutagenic analysis of residues within the SH3 domain that contribute to the interaction

Background: The hepatitis C virus (HCV) non-structural 5A protein (NS5A) contains a highly conserved C-terminal polyproline motif with the consensus sequence Pro-X-X- Pro-X-Arg that is able to interact with the Src-homology 3 (SH3) domains of a variety of cellular proteins. Results: To understand this interaction in more detail we have expressed two N-terminally truncated forms of NS5A in E. coli and examined their interactions with the SH3 domain of the Src-family tyrosine kinase, Fyn. Surface plasmon resonance analysis revealed that NS5A binds to the Fyn SH3 domain with what can be considered a high affinity SH3 domain-ligand interaction (629 nM), and this binding did not require the presence of domain I of NS5A (amino acid residues 32-250). Mutagenic analysis of the Fyn SH3 domain demonstrated the requirement for an acidic cluster at the C-terminus of the RT-Src loop of the SH3 domain, as well as several highly conserved residues previously shown to participate in SH3 domain peptide binding. Conclusion: We conclude that the NS5A: Fyn SH3 domain interaction occurs via a canonical SH3 domain binding site and the high affinity of the interaction suggests that NS5A would be able to compete with cognate Fyn ligands within the infected cell.

Analysis of void volumes in proteins and application to stability of the p53 tumour suppressor protein

We have developed a new method for the analysis of voids in proteins (defined as empty cavities not accessible to solvent). This method combines analysis of individual discrete voids with analysis of packing quality. While these are different aspects of the same effect, they have traditionally been analysed using different approaches. The method has been applied to the calculation of total void volume and maximum void size in a non-redundant set of protein domains and has been used to examine correlations between thermal stability and void size. The tumour-suppressor protein p53 has then been compared with the non-redundant data set to determine whether its low thermal stability results from poor packing. We found that p53 has average packing, but the detrimental effects of some previously unexplained mutations to p53 observed in cancer can be explained by the creation of unusually large voids. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A structural basis for the inhibition of collagen-stimulated platelet function by quercetin and structurally related flavonoids

Background and purpose: Molecular mechanisms underlying the links between dietary intake of flavonoids and reduced cardiovascular disease risk are only partially understood. Key events in the pathogenesis of cardiovascular disease, particularly thrombosis, are inhibited by these polyphenolic compounds via mechanisms such as inhibition of platelet activation and associated signal transduction, attenuation of generation of reactive oxygen species, enhancement of nitric oxide production and binding to thromboxane A2 receptors. In vivo, effects of flavonoids are mediated by their metabolites, but the effects and modes of action of these compounds are not well-characterized. A good understanding of flavonoid structure–activity relationships with regard to platelet function is also lacking. Experimental approach: Inhibitory potencies of structurally distinct flavonoids (quercetin, apigenin and catechin) and plasma metabolites (tamarixetin, quercetin-3′-sulphate and quercetin-3-glucuronide) for collagen-stimulated platelet aggregation and 5-hydroxytryptamine secretion were measured in human platelets. Tyrosine phosphorylation of total protein, Syk and PLCγ2 (immunoprecipitation and Western blot analyses), and Fyn kinase activity were also measured in platelets. Internalization of flavonoids and metabolites in a megakaryocytic cell line (MEG-01 cells) was studied by fluorescence confocal microscopy. Key results: The inhibitory mechanisms of these compounds included blocking Fyn kinase activity and the tyrosine phosphorylation of Syk and PLCγ2 following internalization. Principal functional groups attributed to potent inhibition were a planar, C-4 carbonyl substituted and C-3 hydroxylated C ring in addition to a B ring catechol moiety. Conclusions and implications: The structure–activity relationship for flavonoids on platelet function presented here may be exploited to design selective inhibitors of cell signalling.

The effect of the year of wheat variety release on productivity and stability of performance on two organic and two non-organic farms

Nineteen wheat cultivars, released from 1934 to 2000, were grown at two organic and two non-organic sites in each of 3 years. Assessments included grain yield, grain protein concentration, protein yield, disease incidence and green leaf area. The superiority of each cultivar (the sum of the squares of the differences between its mean in each environment and the mean of the best cultivar there, divided by twice the number of environments; CS) was calculated for yield, grain protein concentration and protein yield, and ranked in each environment. The yield and grain protein concentration CS were more closely correlated with cultivar release date at the non-organic sites than at organic sites. This difference may be attributed to higher yield levels with larger differences among cultivars at the non-organic sites, rather than to improved stability (i.e. similar ranks) across sites. The significant difference in the correlation of protein yield CS and cultivar age between organic and non-organic sites would support evidence that the ability to take up mineral nitrogen (N) compared to soil N has been a component of the selection conditions of more modern cultivars (released after 1989). This is supported by assessment of green leaf area (GLA), where more modern cultivars in the non-organic systems had greater late-season GLA, a trend that was not identified in organic conditions. This effect could explain the poor correlation between age and protein yield CS in organic compared to non-organic conditions where modern cultivars are selected to benefit from later nitrogen (N) availability which includes the spring nitrogen applications tailored to coincide with peak crop demand. Under organic management, N release is largely based on the breakdown of fertility-building crops incorporated (ploughed-in) in the previous autumn. The release of nutrients from these residues is dependent on the soil conditions, which includes temperature and microbial populations, in addition to the potential leaching effect of high winter rainfall in the UK. In organic cereal crops, early resource capture is a major advantage for maximizing the utilization of nutrients from residue breakdown. It is concluded that selection of cultivars under conditions of high agrochemical inputs selects for cultivars that yield well under maximal conditions in terms of nutrient availability and pest, disease and weed control. The selection conditions for breeding have a tendency to select cultivars which perform relatively better in non-organic compared to organic systems.

Proteogenomics and in silico structural and functional annotation of the barley powdery mildew Blumeria graminis f. sp. hordei

Blumeria graminis is an economically important obligate plant-pathogenic fungus, whose entire genome was recently sequenced and manually annotated using ab initio in silico predictions [7]. Employing large scale proteogenomic analysis we are now able to verify independently the existence of proteins predicted by 24% of open reading frame models. We compared the haustoria and sporulating hyphae proteomes and identified 71 proteins exclusively in haustoria, the feeding and effector-delivery organs of the pathogen. These proteins are ‘significantly smaller than the rest of the protein pool and predicted to be secreted. Most do not share any similarities with Swiss–Prot or Trembl entries nor possess any identifiable Pfam domains. We used a novel automated prediction pipeline to model the 3D structures of the proteins, identify putative ligand binding sites and predict regions of intrinsic disorder. This revealed that the protein set found exclusively in haustoria is significantly less disordered than the rest of the identified Blumeria proteins or random (and representative) protein sets generated from the yeast proteome. For most of the haustorial proteins with unknown functions no good templates could be found, from which to generate high quality models. Thus, these unknown proteins present potentially new protein folds that can be specific to the interaction of the pathogen with its host.

Efficient production of foot-and-mouth disease virus empty capsids in insect cells following down regulation of 3C protease activity

Foot-and-mouth disease virus (FMDV) is a significant economically and distributed globally pathogen of Artiodactyla. Current vaccines are chemically inactivated whole virus particles that require large-scale virus growth in strict bio-containment with the associated risks of accidental release or incomplete inactivation. Non-infectious empty capsids are structural mimics of authentic particles with no associated risk and constitute an alternate vaccine candidate. Capsids self-assemble from the processed virus structural proteins, VP0, VP3 and VP1, which are released from the structural protein precursor P1-2A by the action of the virus-encoded 3C protease. To date recombinant empty capsid assembly has been limited by poor expression levels, restricting the development of empty capsids as a viable vaccine. Here expression of the FMDV structural protein precursor P1-2A in insect cells is shown to be efficient but linkage of the cognate 3C protease to the C-terminus reduces expression significantly. Inactivation of the 3C enzyme in a P1-2A-3C cassette allows expression and intermediate levels of 3C activity resulted in efficient processing of the P1-2A precursor into the structural proteins which assembled into empty capsids. Expression was independent of the insect host cell background and leads to capsids that are recognised as authentic by a range of anti-FMDV bovine sera suggesting their feasibility as an alternate vaccine.

Towards data warehousing and mining of protein unfolding simulation data

OBJECTIVES: The prediction of protein structure and the precise understanding of protein folding and unfolding processes remains one of the greatest challenges in structural biology and bioinformatics. Computer simulations based on molecular dynamics (MD) are at the forefront of the effort to gain a deeper understanding of these complex processes. Currently, these MD simulations are usually on the order of tens of nanoseconds, generate a large amount of conformational data and are computationally expensive. More and more groups run such simulations and generate a myriad of data, which raises new challenges in managing and analyzing these data. Because the vast range of proteins researchers want to study and simulate, the computational effort needed to generate data, the large data volumes involved, and the different types of analyses scientists need to perform, it is desirable to provide a public repository allowing researchers to pool and share protein unfolding data. METHODS: To adequately organize, manage, and analyze the data generated by unfolding simulation studies, we designed a data warehouse system that is embedded in a grid environment to facilitate the seamless sharing of available computer resources and thus enable many groups to share complex molecular dynamics simulations on a more regular basis. RESULTS: To gain insight into the conformational fluctuations and stability of the monomeric forms of the amyloidogenic protein transthyretin (TTR), molecular dynamics unfolding simulations of the monomer of human TTR have been conducted. Trajectory data and meta-data of the wild-type (WT) protein and the highly amyloidogenic variant L55P-TTR represent the test case for the data warehouse. CONCLUSIONS: Web and grid services, especially pre-defined data mining services that can run on or 'near' the data repository of the data warehouse, are likely to play a pivotal role in the analysis of molecular dynamics unfolding data.

Genetic, structural, and molecular insights into the function of ras of complex proteins domains

Ras of complex proteins (ROC) domains were identified in 2003 as GTP binding modules in large multidomain proteins from Dictyostelium discoideum. Research into the function of these domains exploded with their identification in a number of proteins linked to human disease, including leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) and death-associated protein kinase 1 (DAPK1) in Parkinson’s disease and cancer, respectively. This surge in research has resulted in a growing body of data revealing the role that ROC domains play in regulating protein function and signaling pathways. In this review, recent advances in the structural informa- tion available for proteins containing ROC domains, along with insights into enzymatic function and the integration of ROC domains as molecular switches in a cellular and organismal context, are explored.

Evaluating the potential of high pressure high temperature and thermal processing on volatile compounds, nutritional and structural properties of orange and yellow carrots

The present study compares the impact of thermal and high pressure high temperature(HPHT) processing on volatile profile (via a non-targeted headspace fingerprinting) and structural and nutritional quality parameter (via targeted approaches) of orange and yellow carrot purees. The effect of oil enrichment was also considered. Since oil enrichment affects compounds volatility, the effect of oil was not studied when comparing the volatile fraction. For the targeted part, as yellow carrot purees were shown to contain a very low amount of carotenoids, focus was given to orange carrot purees. The results of the non-targeted approach demonstrated HPHT processing exerts a distinct effect on the volatile fractions compared to thermal processing. In addition, different colored carrot varieties are characterized by distinct headspace fingerprints. From a structural point of view, limited or no difference could be observed between orange carrot purees treated with HPHT or HT processes, both for samples without and with oil. From nutritional point of view, only in samples with oil, significant isomerisation of all-trans-β-carotene occurred due to both processing. Overall, for this type of product and for the selected conditions, HPHT processing seems to have a different impact on the volatile profile but rather similar impact on the structural and nutritional attributes compared to thermal processing.